Ultrasəslə yaş üyütmə: dəqiq mühəndisliklə hazırlanmış incə hissəciklər

Hielscher sonikatorları idarə olunan, yüksək intensivlikli ultrasəs kavitasiyası vasitəsilə hissəcik ölçüsünün yüksək səmərəliliklə kiçildilməsi, nanodispersləşdirmə və emulsiyalaşdırma üçün səmərəli üyütmə avadanlığıdır. Həm tədqiqat, həm də sənaye miqyası üçün layihələndirilmiş bu sistemlər əczaçılıq preparatları, kosmetika, nanomateriallar və xüsusi təyinatlı kimyəvi maddələr sahələrində aqlomeratları etibarlı şəkildə parçalayır, tozları daha incə hala gətirir və homogen suspenziyalar yaradır.

İri dənəli tozdan bərabər ölçülü mikro və nanohissəciklərə

Hielscher zond tipli sonikatorları güclü və dəqiq idarə olunan yaş üyütmə və incə üyütmə təmin edir – muncuqlar, kürəciklər və ya digər üyüdücü cisimlər olmadan. Emal müddətini qısaldaraq və enerji tələbatını azaldaraq dar hissəcik ölçüsü paylanmasına malik, yüksək bərk maddə tərkibli homogen şlamlar hazırlayın.
Amplitudanın dəqiq idarə olunması və akustik dalğaların qabaqcıl yayılma imkanları sayəsində sonikatorlar minimal termiki təsirlə bərabər nəticələr əldə edir, həssas birləşmələri qoruyur, eyni zamanda emal məhsuldarlığını və nəticələrin təkrar əldə edilə bilməsini maksimuma çatdırır. Ultrasəslə üyütmənin formulasiya iş axınınızı necə sadələşdirə və məhsulun göstəricilərini necə yüksəldə biləcəyini öyrənin.

Ultrasəslə yaş üyütmədən kimlər istifadə etməlidir?

• Hissəciklərin mikron və ya nanometr ölçüsünə qədər idarə olunan kiçildilməsinə ehtiyacı olan istehsalçılar
• Piqment, mürəkkəb, boya və yüksək göstəricilərə malik örtük istehsalçıları
• Keramika, mineral, sement və metal oksidlərini emal edən müəssisələr
• İncə suspenziyalar hazırlayan əczaçılıq və kosmetika formulasiyası mütəxəssisləri
• Batareya, katalizator və qabaqcıl material istehsalçıları
• Yüksək konsentrasiyalı və ya özlü şlamları emal edən şirkətlər
• Miqyası böyüdülə bilən hissəcik ölçüsünün kiçildilməsi proseslərini hazırlayan laboratoriyalar
• Dar, bərabər hissəcik ölçüsü paylanması əldə etmək istəyən istehsalçılar
• Üyüdücü muncuq və ya kürəciklərdən qaynaqlanan çirklənmənin qarşısını almaq istəyən müəssisələr
• Üyütmə müddətini, enerji sərfiyyatını və təmizləmə tələblərini azaltmağı hədəfləyən istehsalçılar

Yüksək güclü ultrasəslə hissəcik ölçüsünün idarə olunan kiçildilməsi

Hissəciklərin mikron və ya nanometr diapazonuna qədər kiçildilməsi formulasiyanı dəyişdirə bilər. Daha incə hissəciklər reaktivliyi, sabitliyi, səth sahəsini, optik xassələri və son məhsulun göstəricilərini yaxşılaşdıra bilər. Bununla belə, ənənəvi kürəcikli, muncuqlu və üyüdücü cisimlərdən istifadə edən dəyirmanlar aşınma hissəcikləri ilə çirklənməyə səbəb ola bilər, üyüdücü cisimlərin zəhmət tələb edən ayrılmasını tələb edə bilər və yüksək bərk maddə konsentrasiyalarında bərabər emalı təmin etməkdə çətinlik çəkə bilər. Ultrasəslə yaş üyütmə təmiz, idarə olunan alternativ təqdim edir.
Hielscher zond tipli sonikatorları yüksək intensivlikli ultrasəsi birbaşa mayeyə və ya şlama ötürür. Növbələşən təzyiq dalğaları akustik kavitasiya yaradır: mikroskopik qabarcıqlar əmələ gəlir və son dərəcə yüksək intensivliklə çökərək yüksək sürətli maye şırnaqları, zərbə dalğaları və güclü kəsilmə qüvvələri yaradır. Bu qüvvələr asılı vəziyyətdə olan hissəcikləri bir-birinə doğru sürətləndirir. Nəticədə yaranan hissəciklərarası toqquşmalar, parçalanma və səth eroziyası aqlomeratları – kifayət qədər intensiv şəraitdə isə ilkin hissəcikləri də – mikro və nano ölçülərə qədər kiçildir.
 

Ultrasəslə üyüdülmüş alüminium oksid trihidrat
AL(OH)3 Alcoa World Alumina LLC, Pittsburgh, PA, USA tərəfindən təchiz edilmişdir. AL(OH)3 həmçinin Alüminium Trihidroksid ATH Seriyası, Bayer Hidratlaşmış Alüminium Oksidi, C-30, KB-30, KC-30, KH-30, hidragillit və ya gibbsit kimi tanınır. Onun Mohs şkalası üzrə sərtliyi 2,5 ilə 3,5 arasındadır.

Dəqiq, təkrar əldə edilə bilən və bərabər hissəcik ölçüsü paylanması

Ultrasəslə üyütmə geniş tənzimləmə imkanlarına malikdir. Operatorlar amplitudanı, verilən enerjini, təzyiqi, temperaturu, qalma müddətini və axın sürətini materiala və hədəf hissəcik ölçüsünə uyğun idarə edə bilərlər. Bu, prosesi yumşaq deaqlomerasiyadan intensiv incə üyütməyə qədər bütün tətbiqlər üçün uyğun edir. Resirkulyasiya və istehsal xəttinə qoşulmuş axın kamerası konfiqurasiyaları şlamı kavitasiya zonasının təsirinə bərabər şəkildə məruz qoyaraq təkrar əldə edilə bilən nəticələri və dar, homogen hissəcik ölçüsü paylanmasını dəstəkləyir.
Bu səviyyədə idarəetmə iri ölçülü hissəciklərin və ya geniş ölçü paylanmasının keyfiyyəti poza biləcəyi piqmentlər, mürəkkəblər, örtüklər, keramika, metal oksidləri, minerallar, katalizatorlar, əczaçılıq preparatları və digər qabaqcıl materiallar üçün dəyərlidir. Laboratoriyada müəyyən edilmiş proses parametrləri pilot və sənaye istehsalına köçürülə bilər və bu, sistemli inkişafı və miqyasın böyüdülməsini mümkün edir.

Üyüdücü cisimlər olmadan yüksək bərk maddə tərkibli materialların emalı

Hissəciklərin kiçildilməsi kavitasiya və hissəciklərin öz aralarındakı toqquşmalar hesabına baş verdiyindən muncuqlar, mirvari tipli cisimlər və ya üyüdücü kürəciklər tələb olunmur. Üyüdücü cisimlərdən istifadənin aradan qaldırılması potensial çirklənmə mənbəyinin qarşısını alır və bu cisimlərin alınması, təmizlənməsi, dəyişdirilməsi və hazır şlamdan ayrılması ehtiyacını aradan qaldırır. Maye ilə təmas edən hissələrin sadə həndəsi quruluşu da təmizləməni və bir məhsuldan digərinə keçidi asanlaşdırır.
Hielscher sonikatorları yüksək konsentrasiyalı və özlü şlamları emal edə bilər. Yüksək bərk maddə miqdarı emal ediləcək mayenin daha az olması və bir çox hallarda sonrakı qatılaşdırma və ya qurutma ehtiyacının azalması deməkdir. Bu, hissəciklərin toqquşma tezliyini artırmaqla hissəciklərarası üyütmə təsirini də gücləndirə bilər. Bu xüsusiyyətlərin birləşməsi ultrasəslə üyütməni xüsusilə konsentrat masterbatçlar və istehsal miqyaslı suspenziyalar üçün cəlbedici edir.
 

Yağ əsaslı magenta piqmentlərinin ultrasəslə üyüdülməsinin gedişini göstərən mikroskop görüntüləri

Nümunələr: yüksək güclü ultrasəslə nanohissəciklərin yaş üyüdülməsi

Ultrasəslə üyütmə xüsusilə keramika, alüminium oksid trihidrat, barium sulfat, kalsium karbonat və metal oksidləri kimi mikron və nano ölçülü materialların emalı üçün uyğundur. Aşağıdakı cədvəllərdə alüminium oksid trihidratın (150 mikrondan 10 mikrona qədər), keramikanın (30 mikrondan 2 mikrona qədər) və natrium karbonatın (70 mikrondan 3 mikrona qədər) üyüdülməsinin mikroskopik görüntüləri göstərilir. Bu səhifədəki mikroskopik görüntülər stomatoloji keramika, magenta piqmentləri, natrium karbonat və hidratlaşmış alüminium oksidi nümunələrində ultrasəslə üyütmənin gedişini sizə göstərir.
 

İzopropanolda natrium karbonatın (Na2CO3) ultrasəslə üyüdülməsinin gedişini göstərən mikroskop görüntüləri.

Hər emal mərhələsindən daha çox məhsul

Ultrasəs enerjisi birbaşa hissəcik ölçüsünün kiçildilməsinin baş verdiyi şlama verilir. Sürətli kavitasiya qüvvələri üyütmə dövrlərini qısalda bilər, elektrik enerjisinin mexaniki hərəkətə səmərəli çevrilməsi isə ənənəvi üyütmə avadanlığı ilə müqayisədə enerji tələbatını azalda bilər. İstehsal xəttində fasiləsiz emal yüksək emal məhsuldarlığını, sabit keyfiyyəti və mövcud istehsal xətlərinə inteqrasiyanı əlavə olaraq dəstəkləyir.
Daha kiçik hissəciklər, daha dar ölçü paylanmaları, daha təmiz emal və miqyasın səmərəli böyüdülməsini istəyən istehsalçılar üçün Hielscher zond tipli sonikatorları yaş üyütməni dəqiq mühəndisliklə qurulmuş prosesə çevirir – laboratoriya sınaqlarından fasiləsiz sənaye istehsalına qədər.

Yüksək emal məhsuldarlığı üçün fasiləsiz iş

Ultrasəs homogenizatorlarını quraşdırmaq və işlətmək çox asandır. Üyüdüləcək materialla yalnız iki hissə təmasda olur: titan sonotrod və paslanmayan polad axın kamerası. Ultrasəs axın kamerasının sadə konstruksiyası sayəsində qurğular tez təmizlənə bilər. Hielscher ultrasəs cihazları elektrik enerjisini mexaniki enerjiyə çox yüksək səmərəliliklə çevirdiyindən ultrasəslə üyütmə üçün adətən ənənəvi üyütmə avadanlığına nisbətən daha az güc tələb olunur.

Su əsaslı boya və örtük formulasiyalarında piqmentlərin eyni vaxtda dispersləşdirilməsi və mikrobların sterilizasiyası üçün sənaye sonikatoru UIP6000hdT (6kW) Hissəciklərin üyüdülməsi təsiri intensiv ultrasəs kavitasiyasına əsaslanır. Mayelər yüksək intensivlikdə ultrasəslə emal edilərkən maye mühitlərdə yayılan səs dalğaları tezlikdən asılı sürətlə növbələşən yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (seyrəkləşmə) dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Qabarcıqlar artıq enerji uda bilmədikləri həcmə çatdıqda yüksək təzyiq dövründə şiddətlə çökürlər. Bu hadisə kavitasiya adlanır.
Kavitasiya qabarcıqlarının içəriyə doğru çökməsi mikroturbulentliklər və sürəti 1000km/hr həddinə qədər çatan mikroşırnaqlar yaradır. İri hissəciklər səth eroziyasına (ətraf mayedə kavitasiya çökməsi vasitəsilə) və ya hissəcik ölçüsünün kiçilməsinə (hissəciklərarası toqquşma nəticəsində parçalanma və ya səthdə əmələ gəlmiş kavitasiya qabarcıqlarının çökməsi səbəbindən) məruz qalır. Bu, kristallit ölçüsünün və quruluşunun dəyişməsi səbəbindən diffuziyanın, kütlə ötürülməsi proseslərinin və bərk faza reaksiyalarının kəskin sürətlənməsinə gətirib çıxarır.

Dispersləşdirmə və tozların yaş üyüdülməsi üçün ultrasəs prosessorları və axın kameraları laboratoriya və istehsal səviyyəsində mövcuddur. Sənaye sistemləri istehsal xəttində işləmək üçün asanlıqla yenidən uyğunlaşdırıla bilər. Bu prosesin tədqiqi və sınağı, eləcə də bir çox sonokimyəvi proses üçün laboratoriya cihazlarımızı və ya UIP1000hd modelini tövsiyə edirik.

Hielscher ultrasəs cihazlarından istifadə etməklə nanoalmazlar səmərəli və etibarlı şəkildə dispersləşdirilə bilər.

Ədəbiyyat / İstinadlar

• Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
• I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.

UIP1000hd

• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Bhagawat, L.I., Patil, V.S., Kale, B.B., Sonawane, S.H., Bhanvase, B.A., Pinjari, D.V. and Ashokkumar, M. (2016): Sonoprocessing of LiFePO4 nanoparticles and nanocomposites for cathode material in lithium ion batteries. Polymer Composites 37, 2026. 1874-1880.
• Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
• Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.